Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
Постоянная времени входа. В реальном детекторе ток возникает и прекращается не мгновенно, а в течение некоторого времени. Форма тока и его продолжительность определяются физическими процессами, происходящими в детекторе (см. § 1.1.). При
выборе ПОСТОЯННОЙ времени входа Tbx = н Cbx ПРИХОДИТСЯ руКОВОД-ствоваться различными критериями. В большинстве случаев стремятся получить максимальную амплитуду входного импульса напряжения, для чего постоянную времени выбирают заведомо больше длительности импульса тока детектора
(1-22)
Амплитуда входного импульса в данном случае может быть определена, как и в (1.16), через полный заряд Q, поступивший в -емкость Свх,
U
^BX = ] indt/C№ = QZCbx. (1.23)
О
Для обеспечения неравенства (1.22) и получения максимального .значения Ubx (1.23) увеличивают сопротивление Rr, а емкость Cbx делают по возможности меньше. В данном случае входной импульс имеет характерную форму: малое время нарастания, определяемое ороцессами в детекторе, ti и длительный спад, определяемый постоянной времени входа твх = RnCnx.
Если необходимо получить минимальную длительность входного импульса напряжения, то постоянную времени входа делают меньше длительности импульса тока детектора ti
твх «*,- (1.24)
Для обеспечения этого неравенства приходится значительно уменьшать Rr и, если возможно, Свх. Амплитуда выходного импульса получается небольшой по сравнению с предыдущим случаем
Ubx т ~ ^дго#н» (1 *25)
где /дш—амплитудное значение импульса тока. При этом длительность и форма импульса напряжения определяются длительностью ш формой импульса тока детектора. Кроме рассмотренных крайних случаев часто выбирают постоянную времени входа соизмеримой с длительностью тока детектора
Xbx^tl. (1.26)
На таком выборе постоянной времени входа обычно останавливаются при решении спектрометрических задач.
Независимо от типа детектора для получения максимальной .амплитуды сигнала необходимо прежде всего обеспечить минимальную суммарную емкость входа Свх. Это достигается рациональной конструкцией детектора и электронной схемы. Дальнейший 'выбор параметров входа сводится,фактически к определению сопротивления нагрузки Rr. Его значение выбирают в зависимости ют типа детектора и решаемой физической задачи. При этом выполняется одно из указанных выше условий (1.22), (1.24), (1.26).
23
Примеры выбора сопротивления нагрузки. В импульсной ионизационной камере время собирания электронов и положительных ионов различно. Электроны уходят из рабочей области за 'время Тэ от нескольких десятых микросекунды до нескольких микросекунд (10~7— IO"5 с), в то время как для полного собирания положительных ионов требуется время Tll около миллисекунды (10_3с). Для полного собирания всех ионов сопротивление нагрузки выбирают из условия (1.22), которое в данном случае можно записать в виде
ЯНСВХ= 107V (1.27)
Для конкретной камеры и усилителя, имеющих Свх = 2‘IO-11 Ф, сопротивление нагрузки Rn = IO9-MO10 Ом. В режиме полного собирания импульс имеет характерный излом переднего фронта (рис. 1.14,а). Начальный крутой участок определяется электронной составляющей тока камеры, пологий — ионной составляющей. Общая длительность сигнала зависит в основном от продолжительности спада и достигает нескольких десятых секунды. Поэтому указанную величину сопротивления нагрузки устанавливают, еслиг интенсивность излучения мала и камера регистрирует ‘всего несколько частиц в 1 мин или действительно необходимо обеспечить полное собирание ионов для получения максимальной амплитуды сигнала.
Для повышения быстродействия, как правило, отказываются от собирания положительных ионов и сопротивление нагрузки выбирают из условия
RhCbx=IOT3. (1.2 8)
При этом обеспечивается полное собирание одних электронов. Для СВх = 2-10-11 Ф сопротивление нагрузки будет равно У?н~ -IO5^-IO6 Ом, а длительность импульса — порядка нескольких микросекунд. Передний край импульса, естественно, не будет иметь излома (рис. 3.14,6).
Аналогично выбирают сопротивление нагрузки импульсной ионизационной камеры с сеткой, в которой также происходит собирание одних электронов.
Рис. 1.14. Сигнал, снимаемый с импульсной ионизационной камеры в случае полного (а) и электронного (б) собирания зарядов
24
Остановимся еще на выборе сопротивления нагрузки импульсной ионизаци-оннной камеры, предназначенной для регистрации осколков деления.
При исследовании осколков делящихся изотопов в рабочий объем камеры помимо осколков, как правило поступает очень большое число а-частиц. Ионизация, производимая осколками, в 10—20 раз больше ионизации, вызываемой ‘а-частицами. Амплитуда импульсов осколков намного больше амплитуды импульсов отдельных а-частиц. Однако, если постоянная времени входа будет велика, то статистически распределенные во времени а-частицы создадут суммарные импульсы — наложения, амплитуды которых могут быть соизмеримы с амплитудами импульсов осколков (см. § 2.2). В результате импульсы осколков будут сосчитаны и измерены неверно. Поэтому, выбирая значение сопротивления нагрузки, следует руководствоваться допустимыми наложениями. Хорошее ©ыделение осколков на фоне а-частиц, как правило, обеспечивается при выполнении условия (1.24). Сопротивление нагрузки Rh оказывается сравнительно небольшим — порядка IO3—IO4 Ом, при этом импульсы осколков значительно превышают импульсы а-частиц.
